TWI234152B - Optical pickup device and recording medium used therefor - Google Patents

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TWI234152B
TWI234152B TW091117271A TW91117271A TWI234152B TW I234152 B TWI234152 B TW I234152B TW 091117271 A TW091117271 A TW 091117271A TW 91117271 A TW91117271 A TW 91117271A TW I234152 B TWI234152 B TW I234152B
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recording medium
optical reading
light
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Dae-Sik Kim
Soon-Kyo Hong
Chul-Woo Lee
Ho-Cheol Lee
Kun-Ho Cho
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Samsung Electronics Co Ltd
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Description

1234152 爲第91 1 17271號中文全份說明書劃線修正本 修正日期:2004.05.28 玖、發明說明： 本發明是有關於一種光學讀取元件，其以低價格提供高效 能，以應用至記錄媒體。 . 爲增加一記錄媒體之資料記錄密度，輻射至用以記錄及/或 再現之記錄媒體之光點必需加以減小。由於光點的大小與所使 用之光線的波長λ成正比，並與物鏡之數値孔徑(NA)成反比， 如數學公式1所元，記錄密度隨著物鏡數値孔徑的增加而增加。 [數學公式1] 光點大小κλ/ΝΑ 然而，眾所週知地，因製程的限制，由單一透鏡形成之物 鏡很難在滿足光學像差之允許條件（在斜角爲55度且 OPD=0.03Xnns時，離心率>4微米且傾斜度>2’)的同時具有高 數値徑，例如是大於0.7或更大，這是由於透鏡材料的限制以 及透鏡球狀表面之形狀係非適用於注射而設計的。也就是說， 在一單一透鏡形成而具有較短焦距及高數値孔徑之物鏡中，球 形表面之曲率增加，且有效表面之切線的角度變得大於55度。 此一傾角使得模具的製造困難，且使製造中透鏡表面間的容許 離心率減小，因此降低產品良率。 因此，需要一種容易製造，確保組合容許度，且具有高數 値孔徑的物鏡。還有，依據記錄媒體厚度程度之波前像差效果 對數値孔徑的增加相當敏感，記錄媒體的厚度，亦即用以保護 記錄表面之保護層的厚度必需相當薄。 同時’如本發明之技術領域所熟知的，數位多功能光碟片 (DVD)具有一厚約〇.6毫米之保護層以保護記錄媒體之記錄表 9794pifl .doc/008 6 1234152 爲第91 1 17271號中文全份說明書劃線修正本 修正日期:2004.05.28 面。當保護層如數位多功能光碟片之保護層一樣厚時，在物鏡 及記錄媒體之記錄表面間足夠的工作距離是需要的。保護層厚 度成爲在增加物鏡數値孔徑時，使單一透鏡形成之物鏡最小化 及高密度記錄的限制。這是因爲當物鏡具有足夠工作距離以防 止接觸一記錄媒體而具有小直徑時，球狀表面的曲率增加，透 鏡表面間可允許的偏離率以及可允許視角減小，且產能惡化/ 爲滿足薄保護層之厚度要求以及克服單一透鏡形之物鏡的 限制，日本專利公開號10-12410揭露一種由兩個透鏡形成之 一物鏡10，如第1圖所繪示。 參考第1圖，此傳統的物鏡10包括濃縮入射光線之一第一 透鏡11，以及一置於第一透鏡11及一記錄媒體1之間的第二 透鏡13，以增加物鏡10之數値孔徑。當使用具有例如是635 奈米(nm)或65奈米或更更長之紅色波長的光線時，爲確保組 合的允許度，一曲率可指定給四個透鏡表面，因此可得一 0.7 或更高的數値孔徑。 物鏡10具有至少一個非球狀表面，其並使用一低色散材料 以減低色差。藉著使用在線d具有40或更大之Abbe數的低色 散材料，可得0.7或更高的數値孔徑。或者，使用在線d具有 60或更大之Abbe數的低色散材料，可得0.8或更大之數値孔 徑。 假設位於光線入射_之弟一*透鏡11的焦距爲f 1 ’而透鏡11 及13之合成焦距，也就是物鏡10之總焦距爲f ’物鏡1〇滿足 1.7<fl/f<2.5。 還有，對於數値孔徑NA，用以保護記錄表面之透明保護 9794pifl .doc/008 7 1234152 爲第91 1 17271號中文全份說明書劃線修正本 修正日期:2004.05.28 層之厚度Τ’滿足下列數學公式2，因此可校正物鏡1〇的像差。 [數學公式2] 當 0·7<ΝΑ<0.8 時，T，<0.32mm ; 當 0.8<ΝΑ<0·9 時，TS0.20mm ;以及 當 0.9SNA 時，TSO.llmm。 如果物鏡10滿足nl>n2，其中nl係在透鏡11及13中具 有相對較大的曲率之透鏡的折射率，而n2係曲率相對較小之透 鏡的折射率，並假設入射光線之直徑爲BW且工作距離爲WD’， 則物鏡10滿足l.〇^BW<4.5，且0.05SWD。對於數値孔徑NA 之物鏡10，光線直徑BW及工作距離WD滿足數學公式3。 [數學公式3] 當 0·7<ΝΑ<0·8 時，WDS0.25676BW+0.39189 ; 當 0·8€ΝΑ<0·9 時，WDS0.14054BW-0.064865 ;以及 當 0.9SNA 時，WDS0.096429BW-0.244640。 傳統的物鏡10可在記錄媒體具有較數位多功能光碟片薄之 保護層時達到0.8或更大的數値孔徑。還有，由兩個透鏡11及 13形成之物鏡10滿足薄保護層之需求，並可克服單一透鏡形 成之物鏡的限制。 然而’由兩透鏡形成之傳統物鏡10需要一^個支持兀件以維 持透鏡11及13之間的距離，亦即空氣間隙。 因此，由於兩透鏡11及13形成之物鏡10具有高數値孔徑， 兩透鏡11及13間的距離容許度及傾斜容許度必需相當嚴格地 遵循，因此產品良率惡化。此一產品良率的惡化導致使用此物 鏡10之光學讀取元件之成本的增加。此外，當使用由兩透鏡11 9794pifl.doc/008 8 1234152 爲第91 1 17271號中文全份說明書劃線修正本 修正日期:2004.05.2 8 及13形成之物鏡1〇時’由於用以實施聚焦控制之致動器係同 時驅動透鏡1 1及13 ’記錄/再現裝置係相當複雜及龐大。 日本專利公開號碼1〇_12341〇揭露一個範例，其中傳統物 鏡10係根據波長635奈米及650奈米而設計，其指示使用此 傳統物鏡之光學讀取元件採用波長爲635奈米或650奈米之光 源。 ' 然而，與波長相對較長之光源(例如是用來記錄光碟片族 記錄媒體之光源)相比，波長635奈米或650奈米之光源的單價 相對較高，因此很難降低光學讀取元件之成本。 爲解決以上問題，本發明之一目的在於提供一低價格高效 能之光學讀取元件，其包括一長波長之光源以及一單一透鏡形 成之物鏡，其具有改良的結構，以克服傳統單一透鏡物鏡的限 制以及傳統雙透鏡物鏡的問題，以及用在該光學讀取元件中之 新格式的記錄媒體。 爲達以上目的，提供一種光學讀取元件，包括一光元件， 以輻射波長長於650奈米之一光線於一記錄媒體上，並接收及 偵測由該記錄媒體反射之一光線，以及由一單一透鏡形成，數 値孔徑爲〇·7或更高的物鏡，以藉濃縮光元件發射之入射光線 而在記錄媒體上形成一光點。 在本發明中，該光元件最好是發射一波長爲700奈米或者 更長的光線。 在本發明中，物鏡的工作距離最好是小於物鏡中心厚度’ 而物鏡中心厚度最好是其有效直徑的6倍，更者是更大。 在本發明中，物鏡的數値孔徑最好是爲0.7或者更大，而 9794pif 1 .doc/008 9 1234152 爲第9111?271號中文全份說明書劃線修正本 修正日期:2004.05.28 其工作距離滿足不等式WD^aBW-0.2T，其中WD爲工作距離， BW爲入射光線之直徑，T爲物鏡中心厚度，a=l/(2tan0)，且 e=Arcsin(NA)。 在本發明中，物鏡最好是滿足有效直徑爲2.0毫米或較小， 一最大傾斜角55度，以及兩個非球面表面其中之一的條件。 較佳的是在本發明中，光元件包括一波長大於650奈米之 光源，以及一全像光元件，以選擇性地形成一直進或繞射之入 射光線，以及一光偵測器，以接收及偵測記錄媒體反射且行經 組成光學模組之物鏡以及全像光學元件之入射光線。 較佳的是本發明中，光學讀取元件更包括一面鏡構件，其 介於光元件及物鏡之間，以將入射光線之路徑改變爲垂直。 在本發明中，光學讀取元件最好又包括一反射型合成稜鏡 提供於光元件及物鏡之間，以利用稜鏡表面間的角度差，使光 元件輸入之光線在行進高度方向上大小減小，並將入射光線路 徑的方向垂直改變。 在本發明中，物鏡至少一部分最好是裝置低於入射反射型 合成稜鏡之光線頂端。 爲達以上目的，提供一種具有數位多功能光碟類或更高之 記錄密度的記錄媒體，其係由適用於700奈米或更長波長的材 料形成，因此可使因記錄表面反射形成之再現信號最佳化。 在本發明中，記錄媒體的厚度，也就是由光入射表面至記 錄表面的距離，最好是滿足不等式：40奈米<記錄媒體厚度<〇·6 奈米。 在本發明中，記錄媒體最好是由一種材料形成，其有與光 9794pifl.doc/008 10 1234152 爲第91 1 17271號中文全份說明書劃線修正本 修正日期:2004.05.28 碟(CD)類記錄媒體相同或類似之特性。 圖式之簡單說明： 本發明之上述目的和優點將在以下實施例中配合所附圖式 詳細敘述，其中： 第1圖繪示出由兩個透鏡形成之一傳統物鏡； 第2圖繪示出本發明之一較佳實施例中，一光學讀取元件 之光學結構； 第3圖繪示出根據本發明，應用於一光學讀取元件之一光 元件； 第4圖繪示出根據本發明之物鏡的設計； 第5圖係用以解釋非球狀表面之規格； 第6圖繪示出根據本發明之物鏡的入射場像差特徵； 第7圖繪示出本發明中，依據物鏡偏離率之像差特徵； 第8圖繪係一立體圖，繪示出本發明之另一實施例中之一 光學讀取元件； 第9圖繪示出第8圖之主要部分；以及 第10圖係一立體圖，繪示出第8圖之光學讀取元件中之一 反射型合成稜鏡。 圖式之標記說明： I :記錄媒體 10 :物鏡 II :第一透鏡 13 :第二透鏡 50 =記錄媒體 9794pifl.doc/008 11 1234152 爲第91117271號中文全份說明書劃線修正本 修正日期:2004.05.28 50a =記錄表面 50b :光入射表面 60 ： 光元件 61 ： 光源 65 ： 全像光學元件 69 ： 光偵測器 70 : 準直鏡 75 ： 監視光偵測器 81 ： 物鏡 85 ： 致動器 90 ： 面鏡構件 100 :反射型合成稜鏡 120 :第一二角稜鏡 121 :第一透射表面 125 :第一表面 130 :第二三角稜鏡 140 :菱形稜鏡 141 :第二表面 145 :第三表面 149 :第四表面 實施例 參考第2圖，根據本發明一較佳實施例，光學讀取元件包 括一光元件60以形成一具有一預定波長，且朝一記錄媒體50 行進之一光束，其並接收及偵測由該記錄媒體50反射之光束， 9794pifl.doc/008 12 1234152 爲第91 1 17271號中文全份說明書劃線修正本 修正日期:2004.05.28 以及一物鏡81，其將光元件60發射之入射光束予以濃縮，並 在記錄媒體50之記錄表面50a上形成一光點。 光元件60包括一光源61，一全像光學元件65，以及一光 偵測器69。光源61最好是可發射一長波長，例如是較650奈 米長之波長的光束。更佳的是該光源61可發射波長長於700 奈米，例如是780奈米之光束。一半導體雷射，亦即一邊緣發 射雷射或一垂直空腔表面發射雷射可以提供作爲光源61。 全像光學元件65係一光路徑改變器，其根據光束的入射方 向選擇性地透射一入射光束，以使其直進，或者繞射該入射光 束。例如，如第3圖所示，全像光學元件65透射光源61發射 之光束而使其直進，或是將記錄媒體50反射之光束繞射，以使 其朝著光偵測器69行進。 光偵測器69藉著接收記錄媒體50之記錄表面50a反射以 及全像光學元件65繞射之光束而偵測一資料信號以及一錯誤信 號。 在此，全像光學元件65的形成係用作記錄媒體50反射之 入射光束的刀緣，以在一刀緣法中偵測聚焦錯誤信號，或是在 像散法中用作引起光束的像散之一透鏡，以偵測聚焦錯誤信號， 因此光偵測器69可偵測聚焦錯誤信號。爲使用刀緣法偵測聚焦 錯誤信號，全像光學元件65最好是可將一入射光束區分成兩 段。在此，接收由全像光學元件65區分之一光束之光偵測器69 的一部分係具有兩個區段’以在刀緣法中偵測聚焦錯誤信號。 在一聚焦狀態下，此一光束係置於光偵測器69之兩個區段結構 中間。當光束偏離接近或違離此聚焦狀態時，光束將對著光偵 9794pif 1 .doc/008 1234152 爲第91 1 17271號中文全份說明書劃線修正本 修正日期:2004.05.28 測器69之兩個區段結構上下移動。因此，可測量聚焦錯誤信號， 也就是物鏡81的偏離程度。由全像光學元件65區分之另一光 束可以用來偵測一循軌錯誤信號。 第3圖繪示出光元件60之一光學模組的範例，其中全像光 學元件65係提供作爲一光學路徑改變器。光元件60之光學模 組可以改變成各種不同的結構。當光源61之波長被定爲780 奈米時，由於傳統780奈米全像雷射具有高輸出，且其不昂價， 因此可用來作爲光學元件，而得到低價格的光學讀取元件。 當本發明之光學讀取元件之光元件60採用第3圖所示之光 學模組結構時，一小型光學讀取結構是可能的。 物鏡81藉濃縮光源61發之入射光束而在記錄媒體50之 記錄表面50a上形成一光點。此物鏡81係裝置於一小致動器 85，以在聚焦及循軌方向上被驅動。由於本發明之致動器85 的基本結構在此技術領域中係爲已知，因此不再提供詳細的描 述。 物鏡81之數値孔徑最好是0.7或是更大，其係被最佳化以 能夠濃縮波長爲780奈米或更長之光束至該記錄媒體50上而 不產生像差，其並具有一儘可能短的工作距離，因此滿足薄光 學讀取元件之條件。 基於此一目的，根據光束之波長，例如是780奈米之光束， 物鏡81最好是由一具有數値孔徑爲0.7或較大之單一透鏡形 成，因此可藉與光源61的合倂，以達到超過數位多功能光碟片 類之記錄密度。 還有，物鏡81最好有較其中心厚度短之工作距離，因此該 9794pifl .doc/008 1234152 爲第91117271號中文全份說明書劃線修正本 修正日期:2004.05.28 物鏡81之工作距離係儘可能短，而形成薄光學讀取元件。再者， 物鏡81之中心厚度最好是較其有效直徑大6倍，此外，當物鏡 81之數値孔徑NA爲0.7或更大時(NA20.7)，物鏡81具有一 工作距離滿足數學公式4。在此，工作距離係物鏡81之表面至 記錄媒體50之光入射表面50b(通常爲一保護層的表面)之間的 距離。 ’ [數學公式4]
WD<aBW-0.2T 在此，WD係工作距離，BW爲入射光束之直徑，τ爲物鏡 中央厚度，a=l/(2tan0)，以及0=Arcsin(NA)。 物鏡81最好是具有一 2.0毫米或更小之有效直徑，還有， 爲去除光學像差及增加透鏡表面間之偏離率，物鏡81之兩個表 面最好是由非球狀表面形成。考慮製造的困難，物鏡81之最大 傾斜角最好是小於55°。在此，物鏡81可以形成以滿足至少一 個有效直徑，非球面以及最大傾角等條件。 根據本發明，本案發明人發現如第4圖所示，物鏡81係在 數値孔徑ΝΑ=0·72，Τ=1 · 1且BW= 1.5毫米時被最佳化至一 〇.39 毫米之工作距離。在此，物鏡81表面的最大傾角爲52。，其滿 足考慮製造困難度時，最大傾角小於55度的條件。 第4圖所示之物鏡81之數據係設計範例，其中記錄媒體之 保護層厚度(光線入射表面50b至記錄表面50a之距離)爲〇.〇2 毫米，在波長780奈米時折射率1.70127之玻璃材料係用來作 爲該物鏡81，且該物鏡81係使用〜奇函數之非球面設計而成。 第1表顯示非球面1之設計數據，其中係來自光源61之光束係 9794pifl.doc/008 1234152 爲第91 1 17271號中文全份說明書劃線修正本 修正日期:2004.05.28 輸入非球面1，而光束係由非球面2輸出。 表面 曲率半徑(毫米） 非球面1 0.76434 K=-l.088006 Α1=0.17575 8Ε+00, Α2=0·413117Ε-01， Α3=0·493205Ε-01，以及 Α4=-0.100285Ε+00 非球面2 -8.17342 Κ=134.737501 Α1=0·476128Ε+00, Α2=-0.261623Ε+01， Α3=0·804453Ε+01，以及 Α4=-0·986830Ε+01 第1表 在第1表中，”K”係非球面1及2之圓錐常數，而A1至A4 係非球面之係數。 當自非球面頂點之深度爲Z(h)時，非球面1及2之非球面 等式可由數學公式5表示。 [數學公式5] h^_ z =——-=Λ=^Υ A.hj I+Jiu)备 j 在此，”h”係光軸之高度，”R”係曲率半徑，”K”爲非球面之 圓錐常數，而”A，爲非球面之係數。 根據本發明以上條件設計之物鏡81係具有下列光學特徵。 第6圖繪示出本發明物鏡81之入射場像差特徵。如第6圖 所示，本發明之物鏡81對入射場角度爲1.5。下維持〇.〇61rms 9794pif 1 .d〇c/008 16 1234152 爲第91 1 17271號中文全份說明書劃線修正本 修正曰期:2004.05.28 或更小之光路徑差(OPD)像差。 第7圖繪示本發明之物鏡偏離度的像差特徵’如第7圖所示， 本發明之物鏡81充份地滿足0·035ληηδ或者小至±4微米之像 差。 本發明中之物鏡81具有厚度容許値爲9微米以及對像差OPD 爲0·035ληηδ表面間4’的傾斜度滿足具有數位多功能光碟之高 密度的典型物鏡的製造容許度。 同時，本發明之光學讀取元件更包括一準直鏡70以將光源 61發射之發散光線改變成平行光束，其係置於光元件60之全 像光學元件65以及物鏡81之間，以及一裝置，其將光源61 發射之入射光束的行進路徑轉換成近似垂直。 一面鏡構件90可提供作爲如第2圖所示之轉換裝置。面鏡 構件90係與光源61發射之入射光線傾斜45°，以將入射光束 在一垂直方向(光學讀取元件之高度方向)上反射。面鏡構件90 最好是透射部分(中央波長之數個百分比)由光源61發射之入射 光束，並將所有剩餘的光束反射。穿透面鏡構件90之光束係由 排列於面鏡構件90 —端之一監視光偵測器75所偵測，該監視 光偵測器75監視光源61輸出之光量，而監視偵測器75所輸 出之監測信號係用來控制光源61所輸出的光量。由面鏡構件90 反射之光束係入射至物鏡。 在本發明較佳實施例之光學讀取元件中，由光源61發射之 長波長光束係直線穿透全像光學元件65，然後由準直鏡70轉 換成平行光束後入射至面鏡構件90。該面鏡構件90透射中央 波長之數個百分比以被監視光偵測器75所偵測，且垂直反射所 9794pifl .doc/008 17 1234152 爲第91 1 17271號中文全份說明書劃線修正本 修正日期:2004.05.28 有剩餘光線至物鏡81。入射至物鏡81之光束被濃縮及聚焦至 記錄媒體50之記錄表面50a。在此，致動器85在聚焦及循軌 方向上驅動物鏡81，因此資料信號可在一最佳狀態下被記錄/ 重現。由記錄媒體50之記錄表面50a反射之光束經由物鏡81 入射至光元件60之全像光學元件65上。入射光束再由全像光 學元件60繞射，並由光偵測器69接收。 第8圖繪示出本發明另一實施例之光學讀取元件，第9圖 繪示出第8圖之光學讀取元件之主要元件，在本實施例中，反 射型合成稜鏡1〇〇係提供作爲一轉換裝置，以使光學讀取元件 變得更薄。在此，由於與第2圖相同之參考標號係代表相同之 構件，因此不再詳述。 反射型合成稜鏡100利用稜鏡表面間角度的不同，在高度 方向上將光源60發射之入射光束大小減小，以使光束繼續行 進。然後，其將光束行進路徑轉換成與入射光束大致垂直，並 使轉換之光束朝向置於高度方向hi之物鏡81行進。反射型合 成稜鏡100最好是被最佳化，以透過反射型合成稜鏡1〇〇維持 或增加向著物鏡81輸出之光束的大小，同時使光學讀取元件的 厚度減至最小。反射型合成稜鏡100係已在本發明提供之中國 專利申請號碼02102003.5及韓國專利申請號碼2001-23343中 揭露。因此，由於反射型合成稜鏡100之結構及功能已在上述 申請案中揭露，在此省略詳細說明，而僅針對一特別的範例作 欽述。 參考第10圖，反射型合成稜鏡100包括一第一三角稜鏡 120 ’其中影響光束行進之三個表面構成一等腰三角形結構， 9794pifl.doc/008 1234152 爲第91 1 17271號中文全份說明書劃線修正本 修正日期:2004.05.28 一菱形稜鏡140之排列與第一三角形稜鏡120傾斜，而其中影 響光束行進之四個表面構成一菱形結構，以及一第二三角形稜 鏡130,其具有一直角三角形結構而裝置於第一三角稜鏡120 及菱形稜鏡140之間。 假設物鏡81之光軸方向，亦即光學讀取元件之高度方向記 爲hi，而與其垂直之水平方向記爲ho，第一三角稜鏡120包括 一光源61發射之光束入射的第一透射表面121，以及一第一表 面125，其使穿透第一透射表面121之入射光束反射並在水平 方向ho向下傾斜。在此，第一三角稜鏡120最好是由直角等 腰三角形結構形成，因此入射於第一表面125之光線可以被全 反射。 菱形稜鏡140包括一第二，第三及第四表面141，145及 149。第二表面Ml將第一三角稜鏡120之第一表面125反射 之入射光束全反射，且其因全反射而向下傾斜，並輸入菱形稜 鏡140而被向上傾斜。第三表面145係在高度方向hi上置於第 二表面141上方，並與第二表面141以一預定距離分離，因此 由第二表面141反射之入射光束被全反射，同時，在高度方向 hi之光束大小被減小。第四表面149透射由第三表面145反射 之部分(大約中央波長之數個表分比)的光束，以使其朝監視光 偵測器75行進，並將剩餘光束的絕大部分反射至高度方向hi。 在此，在高度方向hi上彼此相對之第二及第三表面141及145 間的距離最好小於入射至第一三角稜鏡120之第一透射表面 121之光束直徑。因此，藉著減小第二及第三表面141及145 間的距離，光束可以在平行水平方向ho的方向上行進，且在垂 9794pifl .doc/008 19 1234152 爲第91 1 17271號中文全份說明書劃線修正本 修正日期:2004.05.28 直方向hi上減小其大小。第四表面149最好形成一水平方向ho 上小於45。的角度，且最好是介於20°至40°，例如是30。。在 此，因爲菱形稜鏡140之結構，第四表面149不滿足入射光束 之全反射條件，藉著控制反射塗佈，可在反射大部分之剩餘光 束時透射部分的入射光束。 第二三角稜鏡130使反射光束透過第一三角稜鏡120第二 表面125向下傾斜，而直進輸入至菱形稜鏡140內。 具有上述結構之反射型合成稜鏡1〇〇的排列最好是藉利第 一三角稜鏡120及菱形稜鏡140之表面間角度差，使光源61 發射之高度方向hi大小減小的入射光束在致動器85下方行進 時被反射至置於高度方向hi之物鏡81。 也就是說，由於反射型合成稜鏡1〇〇藉著減小高度方向hi 之大小使入射光束行進於菱形稜鏡140之第二及第三141及145 之間，對於高度方向hi，反射型合成稜鏡100之第一三角稜鏡 120凸出於菱形稜鏡140之上。因此，爲形成一較薄的光學讀 取元件，反射型合成稜鏡1〇〇的排列係使菱形稜鏡140，特別 是其第三表面145係排列於致動器85下方，而該致動器85的 形成最好是可達到以上排列。 藉著上述菱形稜鏡140的排列，由於至少一部分的物鏡81 可以置於光源61發射且由反射型合成稜鏡100反射之光束頂 點的下方，影響光學讀取元件厚度之反射型合成稜鏡1〇〇的有 效厚度基本上爲第二及第三表面141及145間的距離。 在此，在考慮由反射型合成稜鏡100行進至物鏡81之光束 大小最好是等於或大於入射至反射型合成稜鏡100之光束時， 9794pif 1 .doc/008 20 1234152 爲第91 1 17271號中文全份說明書劃線修正本 修正日期:2004.05.28 菱形稜鏡140之最佳厚度取決於第四表面149與水平方向ho 的夾角。因此，光學讀取元件在高度方向hi上的厚度可隨著第 四表面149在水平方向ho上的角度減小而減小。 在採用上述反射型合成稜鏡100時，由光源61輸出後入射 至反射型合成稜鏡1〇〇之大直徑的入射光束穿過較直徑低之致 動器65下方，並藉菱形稜鏡140的反射回復其原始直徑。' 如以上所述，本發明之光學讀取元件係由一單一元件形成。 在其應用之光學記錄/再現裝置中，軌道的尋找可在光學讀取元 件由記媒體50內圍向外圍移動時實施，並可藉使用此光學讀取 元件將資料記錄/再現於一所欲的軌道上。 在此，雖然上述本發明之光學讀取元件包括全像光學元件 65以作爲光路徑改變器，而光兀件60係由光源61，光路徑改 變器，以及光偵測器69光學性地組合，本發明並不受限於此。 亦即，本發明之光學讀取元件可採用任何在本發明技術領域中 之光路徑改變器。例如，一光板或一立方分光器或一極化光束 分光器及一 1/4波長板之組合可提供作爲光路徑改變器。 本發明光學讀取元件採用之記錄媒體50係一種新的格式， 其具有較數位多功能光碟類高的記錄密度。記錄媒體具有適用 於波長大於650奈米，最好是700奈米或更大波長之材料形成 之記錄表面50a，因此因記錄表面50a反射產生之再現信號可 被最佳化。還有，用以保護記錄媒體50記錄表面50a之透明保 護層51的厚度最好是介於40奈米或0.6微米。 因此，可應用於本發明之光學讀取元件之記錄媒體50可使 用相同長波長範圍作爲已被驗證之光碟類記錄媒體。因此，記 9 794pifl .doc/008 2 1 1234152 爲第91 1 17271號中文全份說明書劃線修正本 修正日期:2004.05.28 錄媒體50可以由具有與光碟類記錄媒體相同或相似之特性的材 料形成。還有，保護層51之厚度可根據物鏡81之設計，對應 一工作距離而選自〇·6微米至數十奈米之範圍，例如是40奈米。 爲克服傳統由單一透鏡形成之物鏡的限制，以及由兩個透 鏡形成之傳統物鏡的問題，本發明之光學讀取元件包括一改良 的物鏡，其由數値孔徑爲0.7之單一透鏡形成，以及一長波長 而不昂貴之光源。 因此，根據本發明，大於數位多功能光碟之高密度記錄/再 現是可能達成的，而可得不昂貴之高效能光學記錄/重現裝置。 特別的是，雖然傳統光碟類記錄媒體使用長波長高功率光源， 高於數位多功能光碟類之高密度記錄/重現是可能的。還有，當 使用傳統不昂貴高功率780奈米之全像雷射模組時，元件的數 目可以減少，而裝置價格得以減低。 還有，根據本發明，記錄媒體具有大於數位多功能光碟類 高之記錄密度。由於記錄媒體可以由與長波長光碟類相同或相 似特性之材料形成，可靠度可以確保，而低價格是可能的。還 有，利用厚度介於40奈米至0.6微米之記錄媒體之透明保護層 51，工作距離可得以減短，而小型光學讀取元件及其所應用之 光學記錄/重現裝置可形成。再者，利用一單一透鏡可形成具有 短工作距離之小物鏡。 因此，藉著採用本發明之光學讀取元件及/或記錄媒體，可 得一不昂貴及高效能之光學記錄/讀取裝置。 9794pifl.doc/008 22

Claims (1)

  1. 爲第 91 1 17271號中文全份說明書劃線修正本 修正日期:2004.05.28 六、申請專利範圍 1. 一種光學讀取元件，包括： 一光元件，以輻射一波長長於650奈米(nm)之光束於一記 多隶媒體上，並接收及偵測由該記錄媒體反射之一光束；以及 一物鏡，由數値孔徑爲0.7或更大之一單一透鏡形成，以藉 濃縮該光元件發射之一入射光束在該記錄媒體上形成一光點： 2·如申請專利範圍第1項所述之光學讀取元件，其中該記 錄媒體具有一數位多功能光碟類或更高之記錄密度。 3. 如申請專利範圍第2項所述之光學讀取元件，其中該記 錄媒體之一記錄表面係由適用於波長爲700奈米或更長之材料 开多成，因此因該記錄表面之反射產生之再現信號可被最佳化。 4. 如申請專利範圍第3項所述之光學讀取元件，其中該記 錄媒體之厚度，亦即一光線入射表面至一記錄表面之距離符合 下列不等式： 4〇奈米<記錄媒體之厚度<0.6微米。 5·如申請專利範圍第2項所述之光學讀取元件，其中該記 錄媒體之厚度’亦即一^光線入射表面至一^記錄表面之距離符合 下列不等式： 40奈米<記錄媒體之厚度<0.6微米。 6·如申請專利範圍第1項所述之光學讀取元件，其中該光 元件發射一波長爲700奈米或更長之光束。 7. 如申請專利範圍第1項至第6項任一項所述之光學讀取 兀件’其中該物鏡之一工作距離短於該物鏡中心之厚度。 8. 如申請專利範圍第7項所述之光學讀取元件，其中該物 9794pifl .doc/008 23 1234152 爲第91 1 17271號中文全份說明書劃線修正本 修正日期:2004.05.28 鏡之一數値孔徑爲〇.7或更大，而該物鏡之一工作距離符合下 列不等式： WD<aBW-0.2T ^ 其中WD爲一工作距離，BW爲一入射光束之直徑，T爲 物鏡中心厚度，〇c=l/(2tane)，以及e=Arcsin(NA)。 9. 如申請專利範圍第7項所述之光學讀取元件，其中該物 鏡之中心厚度係其有效直徑之6倍或更大。 10. 如申請專利範圍第7項所述之光學讀取元件，其中該 物鏡滿足至少一個下列條件，包括有效直徑爲2.0毫米或更小， 最大傾角爲55°或更小，以及具有兩個非球狀表面。 11·如申請專利範圍第1至6項任一項所述之光學讀取元 件，其中該物鏡之中心厚度係其有效直徑之6倍或更大。 12·如申請專利範圍第丨至6項任一項所述之光學讀取元 件’其中當該物鏡之一數値孔徑爲0.7或更大時，該物鏡之一 工作距離符合以下不等式， WD<aBW-〇.2T 5 其中WD爲一工作距離，BW爲一入射光束之直徑，T爲 物鏡中心厚度，a=l/(2tan0)，以及0=Arcsin(NA)。 13·如申請專利範圍第；π項所述之光學讀取元件，其中該 物鏡滿足至少一個下列條件，包括有效直徑爲2.0毫米或更小， 最大傾角爲55°或更小，以及具有兩個非球狀表面。 14.如申請專利範圍第1至6項任一項所述之光學讀取元 件’其中該物鏡滿足至少一個下列條件，包括有效直徑爲2.〇 毫米或更小’最大傾角爲55。或更小，以及具有兩個非球狀表 9794pifl .doc/008 24 1234152 爲第91 1 17271號中文全份說明書劃線修正本 修正日期:2004.05.28 面。 15. 如申請專利範圍第1至5項任一項所述之光學讀取元 件，其中該光元件包括： 一光源，其具有一長波長以發射一波長長於650奈米之光 束； 一全像光學元件，用以選擇性地使一入射光直進或繞射、 以及 一光偵測器，以接收及偵測一由該記錄媒體反射且穿越組 合一光學模組之該物鏡及該全像光學元件之一入射光束。 16. 如申請專利範圍第6項所述之光學讀取元件，其中該光 元件包括： 一光源，其具有一長波長以發射一波長長於700奈米之光 束； 一全像光學元件，用以選擇性地使一入射光直進或繞射； 以及 一光偵測器，以接收及偵測一由該記錄媒體反射且穿越組 合一光學模組之該物鏡及該全像光學元件之一入射光束。 17. 如申請專利範圍第1至6項任一項所述之光學讀取元 件，更包括介於該光元件及該物鏡之間之一面鏡構件，以將一 入射光束之路徑改變成基本上爲垂直。 18. 如申請專利範圍第1至6項件一項所述之光學讀取元 件，更包括一反射型合成稜鏡提供於光元件及物鏡之間，以利 用該稜鏡之表面角度的不同，使一入射光束以在一局度方向一 縮小的大小行進，並改變該入射光束之路徑至基本上與該入射 9794pifl .doc/008 25 1234152 爲第91 1 17271號中文全份說明書劃線修正本 修正日期:2004.05.28 光束之路徑垂直。 19.如申請專利範圍第18項所述之光學讀取元件，其中該 物鏡之至少一部分係裝置低於入射該反射型合成稜鏡之一光束 之頂端部分。 20· —種記錄媒體，具有一數位多功能類或更大之一記錄密 度，其並由一適用於波長700奈米或更長之材料形成，因此由 一記錄表面反射之再現信號可被最佳化。 21·如申請專利範圍第20項所述之記錄媒體，其中該記錄 媒體之厚度，亦即一光線入射表面至一記錄表面間之距離滿足 下列不等式： 4〇奈米<記錄媒體之厚度<〇.6毫米。 22·如申請專利範圍第20或21項所述之記錄媒體，其中該 記f彔媒體係由具有與光碟(CD)類記錄媒體相同或相似特性之材 料形成。 26 9794pifl .doc/008
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